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运算放大器稳定性分析——运放SPICE模型建立

Page 9概述

在page 9中Tim Green描述了运放的SPICE模型的简单建立,分简要模型和详细模型。其实详细模型主要是对高频部分进行了细化。这里就说下对该章的理解。


要模仿一个运放就要模仿其BODE图。首先看图说话,BODE图中第一个Aol拐点在29Hz,这就是第一个极点。这个极点要用相位曲线决定,即45°点。前文说过极点处有前后45°变化,那么变化45°的点就是极点(零点亦如此)。这里用相位曲线可推断出第一个极点在29Hz,图中的Aol曲线大概在100Hz拐,我个人感觉没多大影响,29Hz与100Hz相差不大,建议还是按作者来。

然后,当然也是相位曲线寻找。第一个极点相位变化90°,再要变化,则拐点在135°处。从相位曲线中可见135°在20MHz以上,大概25MHz。这是第二个极点。

最后,Aol曲线在7.4MHz到达0dB增益。这个对模型建立没有影响,后期用于比对模型是否准确。因为29Hz~25MHz这条直线在BODE图上划过去肯定在7.4MHz左右。29Hz时为110dB,假设0dB处为xMHz,则(0dB-110dB)/log(xMHz-29Hz)=-20dB/decade,解得x=4.6MHz。

使用SPICE模型仿真,其中极点和零点使用RC电路,使用压控电压源无损传递。
仿真出来0dB为8.68MHz,为了与7.4MHz相符,需要修改优化。

相位曲线相比仿真的结果更加陡峭,相位下降更快。为了获得同样的效果,则必然相位要继续下降才能保证斜率符合。在图1上划斜率曲线发现 -180°/decade的斜率存在。相位曲线在极点和零点处斜率固定为-45°,即1阶为45°下降,2阶90°,3阶180°,故需要3个极点或零点在同一个拐点。那么在某处就有3个极点。(个人认为这3个极点可以靠的近一点而无需都是一个点,不过这就与同一个极点类似,本身相近,是不是就可以“合并”为一个,当然仿真时可以考虑用3个不同极点去尝试)